专利名称：三维物体表面涂层辐射固化最佳化的方法
技术领域：
本发明涉及三维(3D)物体表面涂层辐射固化的最佳化，具体地说，涉及三维物体表面涂层的紫外(UV)线固化。
背景技术：
当今复杂三维物体表面涂层采用可调式UV灯或UV灯系统与反射器进行UV固化的最佳化是一种复杂的过程，通常要用探索技术藉试差法来进行。这类最佳化过程费时且易出错误。即使探索性最佳化能满足固化的最低要求，但最佳化仍不能提供清楚的固化方法说明，不能为过程控制与灵敏度分析提供信息。结果当今复杂三维物体表面涂层UV固化方法最佳化的现状，是化费了很大的努力而通常产生的是性能欠佳，浪费了时间与精力，得到的是低质量与不可预测的结果。
三维物体表面涂层的最佳化的问题是已知的，在应用中经常遇到。人们对此一般性问题一些具体方面的部分解决方法进行了深入讨论。请参阅R.Stowe撰写的“Practical Aspects of Irradiance and Dose and UV Curing”一书，RadTech 98，Chicago，April 19-22，1998，pp 640-645，Chicago，RadTechinternational North America，Northbrook，IL 1998，Schneider M.KleinW.& Schroder C.撰写的书“Optimized positioning of UV Lamps for theTreatment 3D Workpiece”，“RadTech Europe 99”Nov.8-10，1999，BerlinRadtech Europe，Nyon，schwelz，1999，pp.711-716叙述了UV固化最佳化的努力。
发明内容
本发明是一种方法，它提供了复杂三维物体表面涂层的辐射固化，较佳为UV固化最佳化的系统方法。本发明避免了前面所述现今技术特定最佳化方法所具有的缺陷与费用。本发明不受光源、3D物体的尺寸与几何形状以及它们之间相互位置的限制。本发明方法具有更佳的时效性，同时能使幅射照与辐射化学最佳化，且很自然地能给出工艺生产设计与控制参数。本发明可以针对不同产品与用途使用，这些产品与用途要求处理复杂3D几何形状物体的表面涂层。
本发明辐射固化三维物体涂层的方法，包括(a)提供至少两个被用来辐射固化涂层的光源的辐射输出的模型；(b)提供表面对辐射固化至少一种响应特性的模型；(c)根据辐射输出模型选择光源的辐射输出；(d)确定在涂层固化期间光源的至少一个空间位置；(e)确定在涂层固化期间三维物体的至少一个空间位置；(f)基于确定的所述光源空间位置，模拟至少所述两个光源的辐射输出；(g)对应于所模拟的辐射输出与所确定的涂层固化期间三维物体的空间位置，决定预计的至少两个光源投射在三维物体表面涂层上的辐射是否对于固化三维物体上的涂层合用；(h)如果所述的辐射输出合用，将辐射输出模型中用的光源数、在辐射输出模型中所用的为光源确定的位置、选定的辐射输出与为三维物体确定的位置加以储存。如果所述辐射输出不合适，改变方法中的至少一个参数，采用新的参数组合，重复上述步骤(c)-(h)。该至少一个参数可以要选用的新的光源数，再重复步骤(c)-(h)。该至少一个方法参数可以限定在表面涂层固化期间光源的运动，也可以限定在表面涂层固化期间所述三维物体的运动，再重复步骤(c)-(h)。具有在步骤(h)中储存的光源数、辐射输出强度、光源位置以及三维物体的位置的固化装置可以制造出来，随后用来固化在三维物体上的表面涂层。
附图简要说明
图1所示为本发明方法的流程图。
本发明最佳实施方式图1所示为本发明方法的流程图。本方法涉及模拟对复杂三维物体上表面涂层进行辐射固化的方法，此方法优选使用于地复杂3D物体上可UV激活的表面涂层进行的UV固化。本发明所用的光源与涂层材料是熟知的，并不作为本发明的一部分。
本发明采用模拟固化过程中各步骤的数学模型，然后采用所述的数学模型对过程进行模拟，决定以辐射剂量与辐射强度表示的辐射输出，对三维物体上的表面涂层较好是，UV激活的表面涂层进行固化。
开始时，方法10采用一个光源的光学输出模型12与涂层特性模型14。所述的光源光学输出12是就光源系统测得的一组幅射分光数据，用于过程的模拟。这类里的测量是采用市售辐射分光装置进行。这组数据由各个光源发出的光在空间各点处的光谱辐照度组成。例如，各个光源可以放置在空间某个固定点，测量仪器可以移动到一个平面上的各个格点，该平面垂直于光源发射光的主方向，且离光源有一个固定距离。另外，在不同光源功率下还测得辐照度数据。当模拟要求许多不同光源时，在模拟中使用各种UV光源的各自一组数据。涂层特性模型14采用的数据包括恰当聚合、固化、处理、修饰、或其他处理三维物体上表面涂层所要求的光辐照度(w/m2)和辐射剂量(J/m2)的范围(最大到最小)。这些数据作为输入数据连同光源的光学输出12用于模拟中。
修改光源参数的步骤16采用输出与光源功率关系的数据，使得各光源的模拟输出设定在或者是预置的起始功率，或者是在本发明下面叙述的方法所决定的功率。该数据用来为随后建立各光源光学输出模型选择合适的光源输入数据设置(或用来例如使用某种形式内插法进行预测)，或使用光源数、光源类型，三维物体位置、取向、运动与强度等改变的结果来选择光源的新的功率，然后利用这个功率选择(或预测)适当的光源输入数据组。
修改光源参数的步骤16指出光源的位置并设定光源的运动，或者采用模拟中(例如开始模拟时)一组预定的光源数、各光源的位置及各光源的运动，或者采用新的光源数与强度的结果。每个光源以“X”“Y”与“z”坐标连同一组角度取向定位。在模拟空间的新的起始点，各光源所要求的运动被储存起来，随后被用来计算投射到3D物体上的辐射剂量与辐照度。光源定位与光源运动设定的步骤16模拟光源的物理布局与运动，模拟光源不得超过的物理边界，模拟光源由于其他一些限制条件而不能放置的空间区域，并且考虑对每个光源的速度与加速的可能限制。
修改3D物体参数的步骤18是对应于涂层特性14，基于3D器件被模型化成为模拟空间中的一组表面，对3D物体进行定位并设定3D物体的运动。例如可以采用市售的计算机辅助设计(CAD)软件程序形成一组表面。3D物体或者是预先定位(例如在模拟开始时)且被赋予预定的运动，或者以“X”、“Y”、“Z”与角度取向以类似于步骤16光源定位方式加以定位，且被赋予一个由在步骤16决定新的光源数和/或强度修正的前面任何最佳化结果所给出的新运动。
步骤20模拟使用光源的输入光对3D器件进行辐照，此时使用的输入数据是步骤16的新光源位置和运动与步骤18的3D物体的位置和运动。在步骤20的模拟中，所有光源的集合输出采用试图建立所述光源的几何光学与物理光学的模型的数学算式进行拟合。例如可用的数学算式描绘从光源面上各点发射到空间各点的光线，其约束条件是光线传播受物理光学定律控制。步骤20考虑的是在计算所述系统中许多光源集合输出发射的辐照度场过程中各个光源的运动。
方法10从采用在步骤20光源输出对3D物体的模拟辐照直到步骤22，在该步骤，判断在步骤14建立的固化3D物体表面涂层的模型的辐射剂量与辐照度是否合用。在步骤22，采用光源的输出数据组、定了位的光源、确定了的光源运动、定了位的3D物体、确定了的3D物体的运动，用于建立众多光源集合光学输出的模型的同一算式，现在就计算这些众多光源投射到3D物体表面集合影响产生的光的最大辐照度与最小辐照度，计算中要考虑到部分或全部光源正在移动，且所述3D物体也在移动。如前所述，这个计算采用的是与原来确定该光源光学输出12时所用的相同光学模型算式，不同的是，是计算投射到3D物体表面上每一点部分的光的辐射强度，因为光源与部分运动和位置的变化被计算。辐照度分布(作为时间的函数)可以计算，最大辐照度与最小辐照度然后可以计算。就对于被模拟的光源光谱输出有代表性的各个不同波长，进行辐射强度的计算。
同时，也计算3D物体上各点和各波长处的总的辐射剂量(定义为辐照度对于辐照时间的积分)。
然后，在步骤22中，计算的辐射剂量与三维物体表面各点处最大与最小辐照度在各个波长与步骤14的涂层特性进行比较。如果3D表面上有任何一点不能满足涂层的要求，则步骤22就未完满完成。反之，如果3D物体上所有点都满足涂层的要求，则就从步骤22的判断辐射剂量与辐照度，进入到步骤24。在这一步骤中，光源数、光源强度、光源位置、3D物体位置以及光源与3D物体的运动被作为实际过程条件储存起来，用来在实际操作中对三维物体表面涂层进行固化。本方法从步骤24进入到终点26。
如果辐射剂量与辐射强度在步骤22被判断不合用，则本方法进入步骤28。在步骤28中确定新的光源数、光源与3D物体的位置、取向、运动与强度。步骤28这些新的数据信息被用来修改步骤16和18中的数据，然后重复步骤20的模拟操作。
上述步骤16、18、20、22和28反复进行直至在步骤22产生合用的输出。
如上所述，反复过程完成以后，就真正完成最佳化的模拟操作，这时候模拟后的三维物体上各点被认为适当进行了固化，然后就进行实际的固化过程，此时使用模拟最佳化获得的在步骤24储存的一些参数来进行光源布置、提供物体运动机构，诸如机器人等，来进行实际三维物体表面涂层的固化(来进行优选用UV固化24)。
虽然本发明已用它的一些优选实施方式进行了描述，但应该明白，在不偏离本发明所附的权利要求中所限定的精神与范围条件下，可做出许多更改，只要所有这类更改是在所附权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种辐射固化三维物体上涂层的方法。所述方法包括(a)提供至少两个被用来辐射固化涂层的光源的辐射输出的模型；(b)提供表面涂层对辐射固化的至少一种响应特性的模型；(c)基于辐射输出模型选择光源的辐射输出；(d)确定在涂层固化期间光源的至少一个空间位置；(e)确定在涂层固化期间三维物体的至少一个空间位置；(f)基于确定的所述光源空间位置，模拟至少所述两个光源的辐射输出；(g)对应于所模拟的辐射输出与所确定的涂层固化期间三维物体的空间位置。决定预计的至少两个光源投射在三维物体表面涂层上的辐射对于固化三维物体上的涂层是否合用；以及(h)如果所述辐射输出合用，将辐射输出模型中使用的光源数、在辐射输出模型中所用的为光源确定的位置、选定的辐射输出与为三维物体确定的位置加以储存。
2.如权利要求1的方法，包括如果所述辐射输出不合用，则改变所述方法的至少一个参数，重复步骤(c)-(h)。
3.如权利要求2的方法，其特征在于所改变的参数是新的光源数，随后重复步骤(c)-(h)。
4.如权利要求1的方法，包括确定在表面涂层固化期间光源的运动；确定在表面涂层固化期间三维物体的运动；重复步骤(c)-(h)。
5.如权利要求2的方法，其特征在于至少一个方法参数限定表面涂层固化期间光源的运动或限定表面涂层固化期间三维物体的运动；重复步骤(c)-(h)。
6.如权利要求3的方法，其特征在于至少一个方法参数限定表面涂层固化期间光源的运动或限定表面涂层固化期间三维物体的运动；重复步骤(c)-(h)。
7.如权利要求4的方法，其特征在于至少一个方法参数限定表面涂层固化期间光源的运动或限定表面涂层固化期间三维物体的运动；重复步骤(c)-(h)。
8.如权利要求1的方法，包括制造固化装置，所述装置用的是在步骤(h)储存的光源数、光源辐射强度、光源位置和三维物体位置；随后固化三维物体上的表面涂层。
9.如权利要求2的方法，包括制造固化装置，所述装置存有在步骤(h)储存的光源数、光源辐射强度、光源位置、和三维物体位置；随后固化三维物体上的表面涂层。
10.如权利要求3的方法，包括制造固化装置，所述装置使用在步骤(h)储存的光源数、光源辐射强度、光源位置和三维物体位置；随后固化三维物体上的表面涂层。
11.如权利要求4的方法，包括制造固化装置，所述装置使用在步骤(h)储存的光源数、光源辐射强度、光源位置和三维物体位置；随后固化三维物体上的表面涂层。
12.如权利要求5的方法，包括制造固化装置，所述装置使用在步骤(h)储存的光源数、光源辐射强度、光源位置和三维物体位置；随后固化三维物体上的表面涂层。
13.如权利要求6的方法，包括制造固化装置，所述装置使用在步骤(h)储存的光源数、光源辐射强度、光源位置和三维物体位置；随后固化三维物体上的表面涂层。
14.如权利要求7的方法，包括制造固化装置，所述装置使用在步骤(h)储存的光源数、光源辐射强度、光源位置和三维物体位置；随后固化三维物体上的表面涂层。
全文摘要
本发明涉及一种辐射固化三维物体上涂层的方法。所述方法包括(a)提供至少两个被用来辐射固化涂层的光源的辐射输出模型(12)；(b)提供表面涂层对辐射固化至少一种响应特性的模型(14)；(c)根据辐射输出模型选择光源的辐射输出(16)；(d)确定在涂层固化期间光源的至少一个空间位置(18)；(e)确定在涂层固化期间三维物体的至少一个空间位置(18)；(f)基于确定的所述光源空间位置模拟至少所述两个光源的辐射输出(20)；(g)对应于所模拟的辐射输出与所确定的涂层固化期间三维物体的空间位置，决定(22)预计的至少两个光源投射在三维物体表面涂层上的辐射对于固化三维物体上的涂层是否合用；(h)如果所述的辐射输出合用(24)，将辐射输出模型中所用的光源数、在辐射输出模型中所用的为光源确定位置、选定的辐射输出与为三维物体确定的位置加以储存。
文档编号C08F2/46GK1845796SQ03810695
公开日2006年10月11日 申请日期2003年3月7日 优先权日2002年3月12日
发明者J·K·冈三 申请人:熔融Uv体系股份有限公司